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2019-2020年高中物理 《渦流現(xiàn)象及其應(yīng)用》教案 滬科版選修3-2 一、教材分析 教材先從學(xué)生身邊熟悉的電磁灶入手，一開始就能引起學(xué)生的興趣，然后描述渦流產(chǎn)生的原因及其物理本質(zhì)，再引導(dǎo)學(xué)生觀察家用電磁灶，分析電磁灶的工作原理及優(yōu)點，同時對感應(yīng)加熱作了展開，描述了感應(yīng)加熱的其它應(yīng)用及優(yōu)點。然后描述了渦流制動及渦流探測，最后指出，渦流有利有弊，要防止渦流的危害。 二、教學(xué)目標(biāo)： （一）知識與技能 1．知道渦流是如何產(chǎn)生的。 2．知道渦流對我們有不利和有利的兩方面，以及如何利用和防止。 3．知道電磁阻尼和電磁驅(qū)動。 （二）過程與方法 培養(yǎng)學(xué)生客觀、全面地認(rèn)識事物的科學(xué)態(tài)度。 （三）情感、態(tài)度與價值觀 培養(yǎng)學(xué)生用辯證唯物主義的觀點認(rèn)識問題。 三、教學(xué)重點 1．渦流的概念及其應(yīng)用。 2．電磁阻尼和電磁驅(qū)動的實例分析。 四、教學(xué)難點 電磁阻尼和電磁驅(qū)動的實例分析。 五、教學(xué)方法 通過演示實驗，引導(dǎo)學(xué)生觀察現(xiàn)象、分析實驗 六、教學(xué)用具： 電機、變壓器鐵芯、演示渦流生熱裝置（可拆變壓器）、電磁阻尼演示裝置（示教電流表、微安表、彈簧、條形磁鐵），電磁驅(qū)動演示裝置（U形磁鐵、能繞軸轉(zhuǎn)動的鋁框）。 七、教學(xué)過程 （一）引入新課 教師：出示電動機、變壓器鐵芯，引導(dǎo)學(xué)生仔細(xì)觀察其鐵芯有什么特點？ 學(xué)生：它們的鐵芯都不是整塊金屬，而是由許多薄片疊合而成的。 教師：為什么要這樣做呢？用一個整塊的金屬做鐵心不是更省事兒？學(xué)習(xí)了渦流的知識，同學(xué)們就會知道其中的奧秘。 （二）進行新課 1. 渦流 教師：［演示］渦流生熱實驗。 在可拆變壓器的一字鐵下面加一塊厚約2 mm的鐵板，鐵板垂直于鐵芯里磁感線的方向。在原線圈接交流電。幾分鐘后，讓學(xué)生摸摸鐵芯和鐵板，比較它們的溫度，報告給全班同學(xué)。 學(xué)生：鐵板的溫度比鐵芯高。 教師：為什么鐵芯和鐵板會發(fā)熱呢？原來在鐵芯和鐵板中有渦流產(chǎn)生。安排學(xué)生閱讀教材，了解什么叫渦流？ 學(xué)生：當(dāng)線圈中的電流發(fā)生變化時，這個線圈附近的導(dǎo)體中就會產(chǎn)生感應(yīng)電流。這種電流看起來很像水的旋渦，所以叫做渦流。 師生共同活動：分析渦流的產(chǎn)生過程。 分析：如圖所示，線圈接入反復(fù)變化的電流，某段時間內(nèi)，若電流變大，則其磁場變強，根據(jù)麥克斯韋理論，變化的磁場激發(fā)出感生電場。導(dǎo)體可以看作是由許多閉合線圈組成的，在感生電場作用下，這些線圈中產(chǎn)生了感生電動勢，從而產(chǎn)生渦旋狀的感應(yīng)電流。由于導(dǎo)體存在電阻，當(dāng)電流在導(dǎo)體中流動時，就會產(chǎn)生電熱，這就是渦流的熱效應(yīng)。 教師：課件演示，渦流的產(chǎn)生過程，增強學(xué)生的感性認(rèn)識。 教師：為什么鐵板的溫度比鐵芯高？ 學(xué)生：因為鐵板中的渦流很強，會產(chǎn)生大量的熱。而鐵芯中的渦流被限制在狹窄的薄片之內(nèi)，回路的電阻很大，渦流大為減弱，渦流產(chǎn)生的熱量也減少。 教師：同學(xué)們明白了為什么鐵芯用薄片疊合而成了嗎？ 學(xué)生：為了減少渦流損失的電能，同時也保護鐵芯不被燒壞。 教師：下面大家閱讀教材，了解一下渦流在生產(chǎn)、生活、科技等方面的應(yīng)用。 2.渦流的作用效果： （1）應(yīng)用 ①熱效應(yīng)： 電磁爐（爐盤下的線圈中通入交流電，使?fàn)t盤上 的金屬中產(chǎn)生渦流，從而生熱。） 感應(yīng)加熱：高頻感應(yīng)爐 ②機械效應(yīng) 渦流制動：導(dǎo)體在磁場中運動時，感應(yīng)電流使導(dǎo)體受到安培力而總是要阻礙導(dǎo)體的相對運動的現(xiàn)象。 應(yīng)用：磁電式儀表、電氣機車的電磁制動、阻尼擺等 電磁驅(qū)動：當(dāng)磁場相對于導(dǎo)體轉(zhuǎn)動時，在導(dǎo)體中會產(chǎn)生感應(yīng)電流，感應(yīng)電流使導(dǎo)體受到安培力的作用而運動起來的現(xiàn)象。 應(yīng)用：感應(yīng)電動機、電能表、汽車上用的電磁式速度表等。 線圈轉(zhuǎn)動與磁鐵同向，但轉(zhuǎn)速小于磁鐵，即同向異步。 電磁阻尼是導(dǎo)體相對于磁場運動，而電磁驅(qū)動是磁場相對于導(dǎo)體運動。安培力的作用都是阻礙它們間的相對運動。 ③渦流探測：金屬探測器（探雷器、機場安檢門等） 。 3.危害：發(fā)熱浪費能量。 變壓器、電機的鐵芯都不是整塊金屬，而是由許多相互絕緣的電阻率很大的薄硅鋼片疊合而成的，以減少渦流和電能的損耗，同時避免破壞絕緣層。 減少渦流的方法：增大回路的電阻。 渦流與前面講過的在線形閉合電路中的感應(yīng)電流不同，它是在整塊金屬內(nèi)產(chǎn)生的感應(yīng)電流。 用硅鋼片做變壓器的鐵芯 （三）課堂總結(jié)、點評 教師活動：讓學(xué)生概括總結(jié)本節(jié)的內(nèi)容。請一個同學(xué)到黑板上總結(jié)，其他同學(xué)在筆記本上總結(jié)，然后請同學(xué)評價黑板上的小結(jié)內(nèi)容。 學(xué)生活動：認(rèn)真總結(jié)概括本節(jié)內(nèi)容，并把自己這節(jié)課的體會寫下來、比較黑板上的小結(jié)和自己的小結(jié)，看誰的更好，好在什么地方。 點評：總結(jié)課堂內(nèi)容，培養(yǎng)學(xué)生概括總結(jié)能力。 教師要放開，讓學(xué)生自己總結(jié)所學(xué)內(nèi)容，允許內(nèi)容的順序不同，從而構(gòu)建他們自己的知識框架。 （四）實例探究 ☆渦流的應(yīng)用 【例1】如圖所示是高頻焊接原理示意圖．線圈中通以高頻變化的電流時，待焊接的金屬工件中就產(chǎn)生感應(yīng)電流，感應(yīng)電流通過焊縫產(chǎn)生大量熱量，將金屬融化，把工件焊接在一起，而工件其他部分發(fā)熱很少，以下說法正確的是（ ） A．電流變化的頻率越高，焊縫處的溫度升高的越快 B．電流變化的頻率越低，焊縫處的溫度升高的越快 C．工件上只有焊縫處溫度升的很高是因為焊縫處的電阻小 D．工件上只有焊縫處溫度升的很高是因為焊縫處的電阻大 解析：線圈中通以高頻變化的電流時，待焊接的金屬工件中就產(chǎn)生感應(yīng)電流，感應(yīng)電流的大小與感應(yīng)電動勢有關(guān)，電流變化的頻率越高，電流變化的越快，感應(yīng)電動勢就越大。A選項正確。工件上焊縫處的電阻大，電流產(chǎn)生的熱量就多，D選項也正確。 答案：AD 【例2】如圖所示，用一小塊磁鐵卡在旋轉(zhuǎn)的鋁盤上，構(gòu)成了電能表中磁阻尼裝置，試分析它的原理？ 解析：鋁盤中產(chǎn)生渦流，如圖，渦流在磁場中受一與轉(zhuǎn)動方向相反的安培力，對鋁盤產(chǎn)生電磁阻尼作用。 限時訓(xùn)練： 1．如圖所示，一塊長方形光滑鋁板水平放在桌面上，鋁板右端拼接一根與鋁板等厚的條形磁鐵，一質(zhì)量分布均勻的閉合鋁環(huán)以初速度v從板的左端沿中線向右端滾動，則（ ） A．鋁環(huán)的滾動速度將越來越小 B．鋁環(huán)將保持勻速滾動 C．鋁環(huán)的運動將逐漸偏向條形磁鐵的N極或S極 D．鋁環(huán)的運動速率會改變，但運動方向?qū)⒉粫l(fā)生改變 答案：B 2．如圖所示，閉合金屬環(huán)從曲面上 h高處滾下，又沿曲面的另一側(cè)上升，設(shè)環(huán)的初速為零，摩擦不計，曲面處在圖示磁場中，則（ ） A．若是勻強磁場，環(huán)滾上的高度小于 h B．若是勻強磁場，環(huán)滾上的高度等于h C．若是非勻強磁場，環(huán)滾上的高度等于h D．若是非勻強磁場，環(huán)滾上的高度小于h 答案：BD 3．如圖所示，在光滑水平面上固定一條形磁鐵，有一小球以一定的初速度向磁鐵方向運動，如果發(fā)現(xiàn)小球做減速運動，則小球的材料可能是（ ） A．鐵 B．木 C．銅 D．鋁 答案：CD 4．如圖所示，圓形金屬環(huán)豎直固定穿套在光滑水平導(dǎo)軌上，條形磁鐵沿導(dǎo)軌以初速度v0向圓環(huán)運動，其軸線在圓環(huán)圓心，與環(huán)面垂直，則磁鐵在穿過環(huán)過程中，做______運動．（選填“加速”、“勻速”或“減速”） 答案：減速 5．如圖所示，在O點正下方有一個具有理想邊界的磁場，銅環(huán)在A點由靜止釋放向右擺至最高點B．不考慮空氣阻力，則下列說法正確的是（ ） A．A、B兩點在同一水平線 B．A點高于B點 C．A點低于B點 D．銅環(huán)將做等幅擺動 答案：B 教學(xué)反思： 這節(jié)課在高考的考綱中屬于識記內(nèi)容，重點了解渦流的產(chǎn)生、利用和防止，知道電磁阻尼和電磁驅(qū)動。在本節(jié)課中使用了諸多教學(xué)用具，有電機、變壓器鐵芯、演示渦流生熱裝置（可拆變壓器）、電磁阻尼演示裝置、電磁驅(qū)動演示裝置等等，同時輔以多媒體視頻演示實驗現(xiàn)象。通過演示實驗，引導(dǎo)學(xué)生觀察現(xiàn)象、分析實驗。培養(yǎng)學(xué)生客觀、全面地認(rèn)識事物的科學(xué)態(tài)度。培養(yǎng)學(xué)生用辯證唯物主義的觀點認(rèn)識問題。學(xué)生們對渦流的利用和防止的興趣極大。